Motion Control Teil 5 von 5: Freie Plattformwahl für Motion Control

Die ersten vier Teile der Artikelserie zum Motion-Control-System Simotion von Siemens beschäftigten sich mit softwarebasierten Funktionalitäten des Systems. Im Mittelpunkt stand dabei das Laufzeitsystem mit einer umfangreichen Funktionalität, das unterschiedliche Aufgabenstellungen realisiert und Grundlage für eine hohe Performance sowie die einfache Synchronisation verteilter Systemkomponenten ist. Weitere Themen waren das objektorientierte Runtime-Modell für modulare und flexible Strukturen mit multiinstanzfähigen Technologieobjekten sowie die ins Motion-Control-System integrierten Web-Funktionen für Diagnose und Service. Aus diesen Funktionalitäten ergeben sich zahlreiche Vorteile für den Maschinenbauer, der damit flexibel und wirtschaftlich individuelle Anforderungen unterschiedlicher Anwender und Märkte erfüllen kann. Mit der Entwicklung von Simotion hat Siemens noch einen zusätzlichen Freiheitsgrad geschaffen: die freie Wahl der Hardware-Plattform, die in diesem fünften Teil der Artikelserie besprochen wird. Flexibilität für Maschinen Mit geringen Rückwirkungen auf das Engineering hat der Anwender die Wahl zwischen drei verschiedenen Hardware-Ausführungen des Motion-Control-Systems, die durch ihre spezifischen Hardware-Eigenschaften für unterschiedliche Aufgaben geeignet sind. Antriebs-basierte Lösung Simotion D ist ist die Antriebs-basierte Variante in der kompakten Aufbautechnik der modularen Antriebsfamilie Sinamics S120. Motion Control – sprich Bewegungsführung – hat immer etwas mit Antrieben zu tun. So war es nur eine logische Konsequenz, die Steuerungs- und Motion-Control- Funktionalität direkt mit dem Antrieb in einem Gerät zu kombinieren. Das ermöglicht einerseits platzsparende Automatisierungslösungen für kompakte Maschinen, andererseits lassen sich damit funktionsautarke Maschinenmodule umsetzen. Mit abgestuften Performance-Varianten bietet dieser Ansatz maximale Skalierbarkeit hinsichtlich Mengengerüst und Taktzeiten. Simotion D410 ist für klassische Einachsanwendungen (wie Wickler oder Querschneider) konzipiert, kann aber auch in Gleichlaufverbänden mit einer übergeordneten Steuerung eingesetzt werden. Für komplexe Mehrachsanwendungen stehen Simotion D425, D435 und D445 zur Auswahl, die sich nur in der verfügbaren Performance (Achsanzahl/Taktzeiten) unterscheiden. Fokus der Antriebs-basierten Variante sind kompakte Maschinen von der einfachen Einachsanwendung bis hin zu anspruchsvollen Gleichlaufverbänden auch in dezentralen (modular verteilten) Maschinenkonzepten. PC-basierte Variante Motion-Control-Funktionen, Maschinensteuerung, HMI werden bei Simotion P mit einer offenen Systemarchitektur auf einem Industrie-PC unter Windows XP und einem Echtzeitkern vereint. Aufgrund der PC-typischen Offenheit ist der Ansatz der PC-basierten Variante insbesondere für Anwendungen mit aufwändiger Visualisierung, anspruchsvoller Datenverarbeitung oder z.B. auch mit Kameraeinheiten zur Lageerfassung von Produkten bzw. zur Produktions- und Qualitätskontrolle geeignet. Diese leistungsfähigste Geräte-Variante realisiert meist Automatisierungsstrukturen mit einer zentralen Steuerung und erlaubt Anwendungen mit höchstem Performance-Bedarf oder einer hohen Achsanzahl. Es wurden damit bereits Maschinen mit 80 Achsen realisiert. Controller-basierte Variante Die Controller-basierte Variante Simotion C verbindet Steuerungs- und Motion-Control-Funktionalität in der modularen Aufbautechnik der speicherprogrammierbaren Steuerung Simatic S7-300. Mit vielen Onboard-Schnittstellen (z.B. Analogschnittstellen und Geberanschlüssen) und Möglichkeiten der Erweiterung, beispielsweise um zentrale Peripheriebaugruppen aus dem S7-300-Spektrum, bietet diese Plattform große Freiheit bei der Anschlusstechnik. Die Bauform wird daher häufig für Retrofit- und Hydraulikanwendungen eingesetzt. Flexible Anpassung Alle Plattformen bieten Profi­bus-/Profinet-Schnittstellen für die Anbindung von HMI-Geräten, dezentraler Peripherie und Antrieben. Bei modular aufgebauten Maschinen erfolgt die Kommunikation der einzelnen Maschinenkomponenten (-steuerungen) ebenfalls über diese Schnittstelle. Dadurch können auch Maschinen mit mehreren hundert gekoppelten Achsen realisiert werden (z.B. in Druckmaschinen). Ein entscheidender Vorteil gegenüber bisherigen Lösungen ist, dass sämtliche Systemfunktionalitäten ohne Abstriche auf allen drei oben aufgeführten Plattformen zur Verfügung stehen. Auch das Engineering ist für alle Hardware-Varianten gleich und somit übertragbar. Durchgängig, kompatibel und funktionell gleich ist ebenfalls das Runtime-System. Es gibt keine Einschränkungen bei der Achsanzahl der Anwendung. Grenzen setzen nur die verfügbare Performance und die Speicherkapazität der Hardware. Für den Maschinenbauer bedeutet das, er kann immer die Hardware verwenden, die für die jeweilige Aufgabe bzw. das Maschinenkonzept am besten geeignet ist bzw. gezielt auf individuelle Wünsche seiner Kunden eingehen. Wird z.B. mehr Performance durch kürzere Takte (höhere Dynamik der Maschine) benötigt, verwendet er eine leistungsfähigere Variante. Bei geringeren Anforderungen wählt er eine entsprechend leistungsärmere Lösung. Wird statt einem zentralen Konzept ein dezentraler, modularer Aufbau favorisiert, können die Achsen einer Zentralsteuerung ohne großen Aufwand auf unterschiedliche Steuerungen aufgeteilt und mit einer geräteübergreifenden Gleichlaufkopplung versehen werden. Um die verschiedenartigen Einsatzfälle abdecken zu können, verfügen die unterschiedlichen Hardware-Ausprägungen über spezielle Schnittstellen. Jedoch sind die Basis-Schnittstellen aller Simotion-Geräte gleich. Einmal mit dem Engineering-System Scout erstellte Anwendungen und Software-Module können daher prinzipiell auf allen drei Plattformen eingesetzt werden und laufen aufgrund des objektorientierten Runtime-Systems ohne zusätzlichen Aufwand auf der Antriebs-, der PC- und der Controller-basierten Variante. Innerhalb einer Maschine oder Anlage lassen sich die verschiedenen Hardware-Varianten auch miteinander kombinieren. Beispielsweise zu einer Maschine mit einer PC-basierten Steuerung der Grundmaschine und einzelnen autarken (optionalen) Antriebs-basierten Maschinenmodulen. Die einzelnen Achsen können mit geräteübergreifenden Gleichlaufverbänden gekoppelt werden. Skalierbare Funktionalität Ein grundlegender Unterschied und Vorteil von Simotion gegenüber anderen Lösungen ist die Zusammenführung von Motion-Control­Funktionalitäten mit PLC- und Technologiefunktionen in einem Gerät. Das reduziert den Hardware-Einsatz und somit Schnittstellen. Das wiederum führt zu einer verbesserten Synchronisation von Prozess- und Bewegungsabläufen, woraus sich höhere Produktionsgeschwindigkeit, Präzision und Produktqualität ergeben. Kernstück ist, entsprechend den jeweiligen Anforderungen, die in Form von Technologieobjekten skalierbare Motion-Control- Funktionalität. Sie deckt ein Spektrum ab, das von Nockenspuren und Messtastern über das Positionieren, den Synchronlauf und Kurvenscheiben bis hin zu 3D-Bahninterpolation mit Trans­formationen für verschiedene Handlings-Kinematiken reicht. Darüber hinaus steht eine komplette Standard-PLC-Funktionalität gemäß IEC61131-3 zur Verfügung, welche die Funktionalität in Richtung Maschinensteuerung ergänzt. Damit werden PLC-typische Aufgaben wie Überwachungen, Ablaufsteuerungen, Ein-/Ausgangs-Bearbeitung, Berechnungen usw. ermöglicht. Bei Produktionsmaschinen werden häufig weitere technologische Aufgaben wie z.B. Druck- oder Temperaturregelungen gefordert. Diese lassen sich über Technologieobjekte ebenfalls auf allen drei Plattformen realisieren. Das Systemkonzept bietet alle an einer Produktionsmaschine erforderlichen Steuerungsdisziplinen in einem: Maschinensteuerung, Motion Control und Technologie. Das reicht von einfachen Einachs- bis zu komplexen Vielachs-Anwendungen. Neben der umfangreichen Basis- Funktionalität stehen zusätzlich fertige Standardapplikationen zur Verfügung, um Einsteigern und erfahrenen Anwendern die Umsetzung häufig vorkommender Aufgaben so einfach wie möglich zu machen. Auch dies ist unabhängig von der Wahl der verschiedenen Hardware-Ausführungen. Flexible Topologien Produktionsmaschinen müssen im dynamischen Markt kurzfristig unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Deshalb muss auch die Automatisierung unterschiedliche Maschinentopologien ermöglichen. Für die Realisierung der optimalen Automatisierungsstruktur des jeweiligen Maschinenkonzeptes bietet Simotion einen zentralen oder dezentralen Aufbau, verteilte Applikationen, Kommunikation der Systeme über Profibus oder Profinet, an die Aufgabe angepasste Performance und Funktionalität und spezifische Hardwareschnittstellen. Das alles ist ohne Systemwechsel möglich. Die Modularisierung kann bei Bedarf bis auf Einachsanwendungen herunterskaliert werden – eine passgenaue Lösung zur Steuerung eines gesamten Maschinenmoduls inklusive Peripherie- und HMI-Anschluss. Die Steuerungslösung kann damit dort eingesetzt werden, wo die Maschinentopologie es erfordert. Zudem ist Simotion ein integraler Bestandteil der Totally Integrated Automation von Siemens mit seiner Durchgängigkeit. Der flexible Ansatz vereinfacht es dem Maschinenbauer, die Automatisierungsstruktur exakt an seine Maschinenkonzepte anzupassen (nicht umgekehrt) und nahezu beliebige Topologien wirtschaftlich zu realisieren.